JP2023143683A - 充放電制御回路、充放電制御装置及びバッテリ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二次電池の充電効率を向上させる。【解決手段】充放電制御回路１Ａは、ＶＤＤ端子１１、ＶＳＳ端子１２、ＣＯ端子１３及びＤＯ端子１４と、外部正極端子ＥＢ＋及び外部負極端子ＥＢ－の一方の電圧が入力されるＶＭ端子１５と、二次電池の過放電状態を検出する電圧検出回路２１と、充電器が接続されているか否かを検出する充電器検出回路２２と、ＶＤＤ端子の電圧よりも高い電圧を出力する昇圧回路２５と、昇圧回路とＣＯ端子とを接続する第１経路の所定箇所の電圧が設定電圧よりも低いか否かを監視するモニタ回路４０と、第１経路を開閉するスイッチ３１と、ＶＭ端子とＤＯ端子とを接続する第２経路を開閉するスイッチ３４と、前記所定箇所の電圧が設定電圧よりも低い場合にスイッチ３１を開き、スイッチ３４を閉じる一方、その他の場合にスイッチ３１を閉じ、スイッチ３４を開く開閉制御回路２６と、昇圧回路を制御する制御回路４３とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、充放電制御回路、充放電制御装置及びバッテリ装置に関する。

二次電池の正極と負荷及び充電装置の高電位側電源端子に接続される外部正極端子との間の電流経路に直列に挿入される一対のＮＭＯＳ（N-channel Metal Oxide Semiconductor）トランジスタを用いて、二次電池の充放電を制御する技術がある（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に示される従前の充放電制御回路では、二次電池の電圧が過放電検出電圧以下になると、放電制御トランジスタであるＭＯＳＦＥＴ（以下、「Ｄ－ＦＥＴ」とする）がオフすると共に、チャージポンプ（以下、「ＣＰ」とする）の入力電圧が電池電圧からＤ－ＦＥＴのソース電位に切り替わる。この状態で、正極端子と負極端子との間に充電装置が接続されると、ＣＰの入力電圧は充電装置からＤ－ＦＥＴの寄生ダイオードを介してＣＰへ印加される。これにより、従前の充放電制御回路では、電池電圧が低電圧であっても、ＣＰを動作させ、充電させることができる。

特開平１１－１７８２２４号公報

しかしながら、上述した従前の充放電制御回路では、例えば、二次電池の電圧値が０ボルトに近い状態のように、二次電池の電圧値が過放電検出電圧に対して大幅に下回った状態では、ＣＰが停止していることから、充電制御トランジスタであるＭＯＳＦＥＴ（以下、「Ｃ－ＦＥＴ」とする）はオフとなる。

この状態で、外部正極端子と外部負極端子との間に充電装置が接続されると、外部正極端子の電圧は充電装置の出力電圧に持ち上がる。このとき、ＣＰへの入力電圧ＶcpIN（電源線の電圧）は、充電装置の出力電圧をＶCHGとし、Ｄ－ＦＥＴの寄生ダイオードの順方向電圧をＶfとすると、「ＶcpIN＝ＶCHG－Ｖf」となる。

ＣＰへの入力電圧ＶcpINが、当該ＣＰの最低作動電圧ＶcpL以上になるまで外部正極端子の電圧が持ち上がると、当該ＣＰは起動する。起動したＣＰによる昇圧電圧は、Ｃ－ＦＥＴのゲートに供給され、Ｃ－ＦＥＴはオン状態となる。Ｃ－ＦＥＴがオン状態になると、Ｃ－ＦＥＴのドレイン－ソース間の電圧は約０ボルトになる。ＣＰへの入力電圧ＶcpINは、二次電池の電圧ＶBまでドロップする。このとき、ＣＰへの入力電圧ＶcpINがＣＰの最低作動電圧ＶcpL未満に低下して「ＶcpIN＝ＶB＜ＶcpL」であれば、ＣＰは停止し、Ｃ－ＦＥＴも再びオフ状態となってしまう。

このように、二次電池の電圧ＶBがＣＰの最低作動電圧ＶcpL以上になるまで、ＣＰの起動と停止とが繰り返されてしまうと、二次電池に対する充電効率が低下してしまう。

本発明は、上述した事情を考慮し、二次電池の充電効率を向上させる充放電制御回路、充放電制御装置及びバッテリ装置を提供することを目的とする。

本発明に係る充放電制御回路は、二次電池の充放電を制御する充放電制御回路であって、前記二次電池の電圧を監視するための正電源端子及び負電源端子と、前記二次電池の充電を制御する充電制御ＦＥＴのゲートに接続される充電制御端子と、前記二次電池の放電を制御する放電制御ＦＥＴのゲートに接続される放電制御端子と、前記二次電池を充電する充電器及び前記二次電池を放電させる負荷の何れか一方が接続される外部正極端子及び外部負極端子の何れか一方の端子の電圧が入力される外部端子電圧入力端子と、前記正電源端子の電圧に基づいて前記二次電池の過放電状態を検出し、検出結果に応じた信号レベルを含む第１信号を出力する電圧検出回路と、前記外部端子電圧入力端子の電圧に基づいて前記外部正極端子及び前記外部負極端子に充電器が接続されている状態であるか否かを検出し、検出結果に応じた信号を出力する充電器検出回路と、前記正電源端子の電圧から所定電圧昇圧した電圧を出力する出力端を有する昇圧回路と、前記昇圧回路の出力端と前記充電制御端子とを接続する第１経路の所定箇所の電圧を監視し、監視場所の電圧が設定される電圧よりも低いか否かの監視結果に応じた信号レベルを含む第２信号を出力するモニタ回路と、前記第１経路を開閉可能な第１スイッチと、前記外部端子電圧入力端子と前記充電制御端子とを接続する第２経路を開閉可能な第２スイッチとを含む複数のスイッチを有する切替回路と、前記第１信号と前記第２信号とに基づいて、複数の前記スイッチの各々の開閉を切替制御する制御信号を生成し、複数の前記スイッチの各々へ供給する開閉制御回路と、前記昇圧回路を制御する制御回路と、を備え、前記開閉制御回路は、前記監視場所の電圧が設定される電圧よりも低い場合に、前記第１スイッチを開放させるとともに、前記第２スイッチを短絡させる一方、前記監視場所の電圧が設定される電圧以上の場合に、前記第１スイッチを短絡させるとともに、前記第２スイッチを開放させる前記制御信号を生成することを特徴とする。

本発明によれば、二次電池の充電効率を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る充放電制御回路、充放電制御装置及びバッテリ装置の一構成例を概略的に示した回路図である。 実施形態に係る充放電制御回路の構成例を概略的に示した回路図である。 実施形態に係るバッテリ装置に備えられる充放電制御回路における充電モニタ回路の構成例を概略的に示した回路図である。 実施形態に係る充放電制御回路の第１変形例の構成を概略的に示した回路図である。 実施形態に係る充放電制御回路の第２変形例の構成を概略的に示した回路図である。

以下、本発明の実施形態に係る充放電制御回路、充放電制御装置及びバッテリ装置について、図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係るバッテリ装置の一構成例であるバッテリ装置１００Ａを概略的に示した回路図である。

バッテリ装置１００Ａは、本実施形態に係る充放電制御装置の一構成例である充放電制御装置１０Ａと、二次電池ＳＣとを備えている。二次電池ＳＣは、充放電制御装置１０ＡとノードＮ１で接続される正極と、充放電制御装置１０ＡとノードＮ２で接続される負極とを有している。

充放電制御装置１０Ａは、充放電制御回路１Ａと、充電制御ＦＥＴ３と、放電制御ＦＥＴ４と、充電器及び負荷（何れも図示省略）を接続可能な外部正極端子ＥＢ＋及び外部負極端子ＥＢ－を含む外部端子とを備えている。また、充放電制御装置１０Ａは、外部正極端子ＥＢ＋と外部負極端子ＥＢ－とを、充電制御ＦＥＴ３及び放電制御ＦＥＴ４を介して接続する電流経路５を備えている。

充放電制御回路１Ａは、例えば、ＩＣとして形成される。充放電制御回路１Ａには、ＶＤＤ端子１１、ＶＳＳ端子１２、充電制御端子としてのＣＯ端子１３、放電制御端子としてのＤＯ端子１４及び外部端子電圧入力端子としてのＶＭ端子１５が設けられている。正電源端子としてのＶＤＤ端子１１及び負電源端子としてのＶＳＳ端子１２は、二次電池ＳＣの電圧を監視するための電源端子である。

電流経路５には３個のノードＮ１～Ｎ３が設けられている。ノードＮ１は充電制御ＦＥＴ３のソース及び二次電池ＳＣの正極の接続点である。ノードＮ２は外部負極端子ＥＢ－、ＧＮＤ端子及びＶＳＳ端子１２の接続点である。ノードＮ３は放電制御ＦＥＴ４のソース、外部正極端子ＥＢ＋及びＶＭ端子１５の接続点である。電流経路５において、ノードＮ１とノードＮ２との間には、接続される二次電池ＳＣと並列に、ＶＤＤ端子１１の電圧の変動を抑制する抵抗６及びキャパシタ７の直列接続回路が接続されている。

図２は、本実施形態に係る充放電制御回路の一構成例である充放電制御回路１Ａを概略的に示した回路図である。

充放電制御回路１Ａは、ＶＤＤ端子１１、ＶＳＳ端子１２、ＣＯ端子１３、ＤＯ端子１４及びＶＭ端子１５に加えて、切替回路３０と、開閉制御回路２６と、電圧検出回路２１と、充電器検出回路２２と、ＮＡＮＤ回路２３と、昇圧回路２５と、モニタ回路４０と、制御回路４３とを備えている。

切替回路３０は、複数の一例である４個のスイッチ３１～３４を有し、昇圧回路２５、ＣＯ端子１３、ＤＯ端子１４及びＶＭ端子１５と接続されている。切替回路３０は、４個のスイッチ３１～３４の開閉状態を切り替えることによって、昇圧回路２５、ＣＯ端子１３、ＤＯ端子１４及びＶＭ端子１５間の経路を切替可能に構成されている。スイッチ３１～３４は、それぞれ、制御端を有しており、制御端に供給される信号の信号レベルに応じて開閉状態が切替可能である。

第１スイッチとしてのスイッチ３１はＣＰ２５ａとＤＯ端子１４とを電気的に接続する経路を開閉可能に接続される。スイッチ３２はＣＰ２５ｂとＣＯ端子１３とを電気的に接続する第１経路としての経路ＰＴ１を開閉可能に接続される。スイッチ３３はＣＯ端子１３とＶＭ端子１５とを電気的に接続する第２経路としての経路を開閉可能に接続される。第２スイッチとしてのスイッチ３４はスイッチ３１とＤＯ端子１４との接続点とＶＭ端子１５とを接続する経路を開閉可能に接続される。

ここで、スイッチ３１からスイッチ３４及び後述するスイッチ３５の各スイッチに含まれる２つの接点のうち、図中左側の接点を第１接点と呼称し、図中右側の接点を第２接点と呼称する。

開閉制御回路２６は、切替回路３０を制御する回路である。より詳細には、開閉制御回路２６は、スイッチ３１からスイッチ３４の開閉状態をそれぞれ制御する制御信号を生成し、スイッチ３１からスイッチ３４の各々へ供給するように構成されている。開閉制御回路２６は、第１入力端及び第２入力端と、スイッチ３１からスイッチ３４の各々へ供給する４個の出力端（第１出力端から第４出力端）とを有する。

開閉制御回路２６の第１入力端は制御回路４３の出力端と接続されている。開閉制御回路２６の第２入力端はＬＳ４６の出力端と接続されている。開閉制御回路２６の第１出力端から第４出力端は、それぞれ、スイッチ３１からスイッチ３４の制御端と接続されている。

電圧検出回路２１は、ＶＤＤ端子１１の電圧である電圧ＶＤＤに基づいて二次電池ＳＣの電圧が、比較基準となる電圧（以下、「比較基準電圧」とする）に対する大小を比べて、その結果を示す信号を出力する回路である。比較基準電圧は、例えば、過放電状態であるか否かの判定に用いる過放電検出電圧、過充電状態であるか否かの判定に用いる過充電検出電圧等の異なる複数の電圧値を含んでいる。電圧検出回路２１は、ＶＤＤ端子１１に接続される入力端と、二次電池ＳＣの電圧が比較基準電圧との大小を比べた結果に対応した信号レベルを含む判定信号を出力する出力端とを有している。

電圧検出回路２１の判定信号は、比較基準電圧毎に出力される。ここで、比較基準電圧が過放電電圧である場合の判定信号を過放電判定信号と呼称し、比較基準電圧が過充電電圧である場合の判定信号を過充電判定信号と呼称する。第１信号としての過放電判定信号は、例えば、過放電電圧以下の電圧を検出した場合、すなわち過放電状態である場合に対応するハイレベル（以下、「Ｈレベル」とする）と、否、すなわち過放電状態でない場合に対応するローレベル（以下、「Ｌレベル」とする）の信号レベルとを含んでいる。過放電判定信号と同様に、過充電判定信号は、例えば、過充電電圧を超える電圧を検出した場合、すなわち過充電状態である場合に対応するＨレベルと、否、すなわち過充電状態でない場合に対応するＬレベルの信号レベルとを含んでいる。

充電器検出回路２２は、ＶＭ端子１５の電圧である電圧ＶＭに基づいて外部端子に充電器が接続されているか否かを検出する回路である。充電器検出回路２２は、ＶＭ端子１５と接続される入力端と、外部端子に充電器が接続されているか否かに対応した信号レベルを含む充電器検出信号を出力する出力端とを有している。充電器検出信号は、例えば、外部端子に充電器が接続されている場合に対応するＨレベルと、外部端子に充電器が非接続の場合に対応するＬレベルの信号レベルとを含んでいる。

ＮＡＮＤ回路２３は２入力１出力型のＮＡＮＤ回路であり、機能的にはレベルシフタ（以下、「ＬＳ」とする）４５を介してモニタ回路４０にイネーブル信号を供給するイネーブル信号供給回路である。ＮＡＮＤ回路２３において、第１入力端は制御回路４３と接続されている。第２入力端は充電器検出回路２２の出力端と接続されている。出力端はＬＳ４５を介してモニタ回路４０と接続されている。モニタ回路４０に供給されるイネーブル信号は、例えば、電圧監視機能を有効にして監視動作を実行するアクティブ状態に対応するＬレベルと、電圧監視機能を無効にして監視動作を休止するスリープ状態に対応するＨレベルとを含んでいる。

昇圧回路２５は、例えば、２個のＣＰ２５ａ及びＣＰ２５ｂ等、少なくとも１個のチャージポンプ（以下、「ＣＰ」とする）を有している。

モニタ回路４０は、監視場所の電圧に基づき、監視結果に対応する信号レベルを含む監視結果信号を出力する回路である。第２信号としての監視結果信号は、設定される電圧よりも低いか否かの監視結果に対応する信号レベルを含んでいる。図２に例示されるモニタ回路４０は、ＣＯ端子１３を監視場所としている。ＣＯ端子１３が監視場所である場合、監視結果信号は、例えば、ＣＯ端子１３の電圧である電圧ＣＯが設定される電圧よりも低い場合に対応するＨレベルと、電圧ＣＯが設定される電圧以上の場合に対応するＬレベルと、を含んでいる。また、モニタ回路４０は、ＬＳ４５を介して第１入力端から入力されるイネーブル信号に基づいてアクティブ状態及びスリープ状態が切り替えられる。

モニタ回路４０は、ＮＡＮＤ回路２３の出力端とＬＳ４５を介して接続される第１入力端と、監視場所の電圧が供給される第２入力端と、ＶＭ端子１５と接続点であるノードＮ２１を形成する第３入力端と、第１電源電圧である電圧ＶＤＤが供給される第１電源端（図２において図示省略）と、第１電源電圧とは異なる第２電源電圧である電圧ＧＮＤが供給される第２電源端と、監視結果信号を出力する出力端と、を有している。モニタ回路４０の出力端は、ＬＳ４６を介して、開閉制御回路２６の第２入力端に接続されている。

制御回路４３は、昇圧回路２５及び開閉制御回路２６を制御する回路である。制御回路４３は、電圧検出回路２１の出力端と接続される入力端と、昇圧回路２５を制御する制御信号を出力する第１出力端と、判定信号に基づく信号を出力する第２出力端及び第３出力端とを有している。また、制御回路４３から出力される制御信号は、例えば、判定信号がＬレベルの場合に対応するＬレベルと、判定信号がＨレベルの場合に対応するＨレベルとを含んでいる。

ここで、制御回路４３の第１出力端は、ＣＰ２５ａ及びＣＰ２５ｂの入力端、すなわち昇圧回路２５の入力端に接続されている。第２出力端は、開閉制御回路２６の第１入力端と接続されている。第３出力端は、ＮＡＮＤ回路２３の第１入力端と接続されている。

図３は、モニタ回路４０の構成例を概略的に示した回路図である。
モニタ回路４０は、例えば、インバータ５１と、ＰＭＯＳトランジスタ６１，６２，６４と、ＮＭＯＳトランジスタ６３，６５，６６と、負の電源電圧依存性を持つ定電流源７１と、正の電源電圧依存性を持つ定電流源７２と、抵抗８１，８２，８３，８４とを備えている。

モニタ回路４０の第１入力端である入力端４０ａは、インバータ５１の入力端と接続されている。インバータ５１の出力端はＰＭＯＳトランジスタ６１のゲートと接続されている。ＰＭＯＳトランジスタ６１のソースは、モニタ回路４０の第２入力端であるＣＯ端子１３と接続されている。ＰＭＯＳトランジスタ６１のドレインは、直列接続されている抵抗８１及び抵抗８２を介してＧＮＤ端子と接続されている。

抵抗８１及び抵抗８２の接続点であるノードＮ３１には、ＮＭＯＳトランジスタ６５のゲートが接続されている。ＮＭＯＳトランジスタ６５のソースはＧＮＤ端子と接続されている。ＮＭＯＳトランジスタ６５のドレインは定電流源７１を介して電圧ＶＤＤが供給されるノードＮ３２と接続されている。ＮＭＯＳトランジスタ６５のドレインと定電流源７１の第２端との接続点であるノードＮ３３は、さらにＰＭＯＳトランジスタ６２のゲートと接続されている。

ＰＭＯＳトランジスタ６２のソースは、定電流源７１の第１端と接続されるノードＮ３２と接続されている。ＰＭＯＳトランジスタ６２のドレインは、定電流源７２を介してＧＮＤ端子と接続されている。ＰＭＯＳトランジスタ６２のドレインと定電流源７２の第１端との接続点であるノードＮ３４は、ＮＭＯＳトランジスタ６６のゲートに接続されている。ＮＭＯＳトランジスタ６６のソースはＧＮＤ端子と接続されている。ＮＭＯＳトランジスタ６６のドレインは抵抗８４を介してＰＭＯＳトランジスタ６４のドレインと接続されている。

ＰＭＯＳトランジスタ６４のソースは、図２に示されるノードＮ２１等の電圧ＶＭが供給されるノードに接続されている。ＰＭＯＳトランジスタ６４のゲートは抵抗８３を介してノードＮ３２とＮＭＯＳトランジスタ６３のドレインとに接続されている。ＮＭＯＳトランジスタ６３のソースはＧＮＤ端子と接続されている。ＮＭＯＳトランジスタ６３のゲートは、抵抗８４とＮＭＯＳトランジスタ６６との接続点、すなわちモニタ回路４０の出力端４０ｂと接続されている。

充放電制御回路１Ａ、充放電制御装置１０Ａ及びバッテリ装置１００Ａの作用及び効果について説明する。

充放電制御回路１Ａ、充放電制御装置１０Ａ及びバッテリ装置１００Ａは、少なくとも、通常状態と、過放電状態と、過充電状態と、パワーダウン状態と、を含んでいる。充放電制御回路１Ａ、充放電制御装置１０Ａ及びバッテリ装置１００Ａは、主に二次電池ＳＣの電圧の高低に応じて、通常状態、過充電状態及び過放電状態パワーダウン状態の間で状態遷移する。

通常状態は、過充電状態、過放電状態及びパワーダウン状態の何れの状態でもない状態であり、充電制御ＦＥＴ３及び放電制御ＦＥＴ４が共にオンしている。通常状態では、充電器から二次電池ＳＣへの充電及び二次電池ＳＣから負荷への放電が自由に行われる。

過放電状態は、二次電池ＳＣの電圧が放電により過放電検出電圧以下にある状態である。二次電池ＳＣの電圧が設定された時間、過放電検出電圧以下になると、二次電池ＳＣの消耗を抑える観点から、充放電制御回路１Ａは、放電制御ＦＥＴ４をオフさせる。また、過放電状態においても、充電可能な状態を維持する観点から充電制御ＦＥＴ３のオンは維持される。充電器からの充電により二次電池ＳＣの電圧が過放電解除電圧を上回ると、通常状態に遷移する。通常状態に遷移すると、充放電制御回路１Ａは、放電制御ＦＥＴ４をオンさせる。

過充電状態は、二次電池ＳＣの電圧が過充電検出電圧を超えている状態である。通常状態から二次電池ＳＣの電圧が上昇し、設定された時間、過充電検出電圧を超えると、二次電池ＳＣを保護する観点から、充放電制御回路１Ａは、充電制御ＦＥＴ３をオフさせる。また、過充電状態においても、放電可能な状態を維持する観点から放電制御ＦＥＴ４のオンは維持される。放電により二次電池ＳＣの電圧が過充電解除電圧以下になると、通常状態に遷移する。通常状態に遷移すると、充放電制御回路１Ａは、充電制御ＦＥＴ３をオンさせる。

パワーダウン状態は、充放電制御回路１Ａ等を形成するＩＣが省電力モードで動作している状態、すなわち当該ＩＣの消費電流を低減している状態である。例えば、過放電状態等の二次電池ＳＣの電圧が少ない所定の状態では、パワーダウン機能がオンし、充放電制御回路１Ａ等を形成するＩＣの内部の消費電流を低減する。上述した所定の状態が検出されると、パワーダウン状態へ遷移する。一方、パワーダウン状態時に健全な充電器が外部正極端子ＥＢ＋及び外部負極端子ＥＢ－に接続されると、パワーダウン機能がオフしてパワーダウン状態が解除される。

充放電制御回路１Ａ、充放電制御装置１０Ａ及びバッテリ装置１００Ａにおいて、電圧検出回路２１は、ＶＤＤ端子１１の電圧である電圧ＶＤＤに基づいて二次電池ＳＣの電圧が過放電検出電圧以下であるか否かを検出する。電圧検出回路２１は、二次電池ＳＣの電圧が過放電検出電圧以下である場合、すなわち過放電状態である場合にＨレベルの過放電判定信号を、過放電状態でない場合にＬレベルの過放電判定信号を出力する。電圧検出回路２１は、二次電池ＳＣの電圧が所定時間過充電検出電圧を超える場合、すなわち過充電状態である場合にＨレベルの過充電判定信号を、過充電状態でない場合にＬレベルの過充電判定信号を出力する。

制御回路４３は、電圧検出回路２１から過放電状態であるか否かに対応した信号レベルを含む過放電判定信号及び過充電判定信号等の判定信号を受ける。制御回路４３は、例えば、Ｌレベルの判定信号に対してＬレベルの制御信号を出力し、Ｈレベルの判定信号に対してＨレベルの制御信号を出力する。制御回路４３からの制御信号は、開閉制御回路２６及びＮＡＮＤ回路２３に、それぞれ供給される。

開閉制御回路２６は、第１入力端に供給される制御信号の信号レベルと第２入力端に供給されるＬＳ４６を介した監視結果信号の信号レベルとに応じて、切替回路３０内の各スイッチ、すなわちスイッチ３１からスイッチ３４の開閉状態を制御する制御信号を生成し、スイッチ３１からスイッチ３４へそれぞれ供給する。

また、スイッチ３１からスイッチ３４のうち、互いの接点が接続される関係にあるスイッチ対の一方と他方は、開閉制御回路２６によって、開閉状態が排他的に制御される。より具体的に説明すれば、スイッチ３１，３４のスイッチ対は、制御信号の信号レベルに応じて開閉制御される。スイッチ３１，３４のスイッチ対では、制御信号の信号レベルがＬレベルの場合、スイッチ３１が開き、スイッチ３４が閉じる。逆に、制御信号の信号レベルがＨレベルの場合、スイッチ３１が閉じ、スイッチ３４が開く。

スイッチ３２，３３のスイッチ対は、制御信号の信号レベル及び監視結果信号の信号レベルに応じて開閉制御される。スイッチ３２，３３のスイッチ対では、過充電状態で制御信号の信号レベルがＨレベルの場合、スイッチ３２が開き、スイッチ３３が閉じる。また、過充電状態以外の状態で制御信号の信号レベルがＬレベルの場合、スイッチ３２が閉じ、スイッチ３３は開く。

イネーブル信号供給回路としてのＮＡＮＤ回路２３は、第１入力端に供給される制御信号と第２入力端に供給される充電器検出信号とをＮＡＮＤ演算する。演算結果信号はＬＳ４５を介してレベルシフトされたイネーブル信号がモニタ回路４０へ出力される。過放電状態かつ外部正極端子ＥＢ＋及び外部負極端子ＥＢ－に充電器が接続されている場合、モニタ回路４０は信号レベルがＬレベルのイネーブル信号を受け取る。モニタ回路４０は、信号レベルがＬレベルのイネーブル信号を受け取ると、電圧監視機能が有効になり、監視動作を実行する。

また、制御回路４３は、ＣＰ２５ａ及びＣＰ２５ｂを制御する。ＣＰ２５ａ及びＣＰ２５ｂは、入力される電圧を所定電圧昇圧して電圧ＶＤＤよりも高い電圧を、それぞれ、スイッチ３１の第１接点及びスイッチ３２の第１接点に供給する。

電圧検出回路２１が二次電池ＳＣの電圧が過放電検出電圧以下である旨を判定しており、かつ充電器が外部正極端子ＥＢ＋及び外部負極端子ＥＢ－に非接続である場合、制御回路４３から供給される制御信号はＨレベル、充電器検出信号はＬレベル、ＬＳ４６を介した監視結果信号はＬレベルである。したがって、スイッチ３１及びスイッチ３３は開き、スイッチ３２及びスイッチ３４は閉じする。

開放状態のスイッチ３１及びスイッチ３３と短絡状態のスイッチ３２及びスイッチ３４によって、放電制御ＦＥＴ４のゲートには、Ｌレベルに相当する電圧ＶＭが供給される。また、充電制御ＦＥＴ３のゲートにはＨレベルに相当するＣＰ２５ａの出力端の電圧が供給される。したがって、放電制御ＦＥＴ４がオフして放電が停止するとともに充電制御ＦＥＴ３はオンしている。オフ状態の放電制御ＦＥＴ４とオン状態の充電制御ＦＥＴ３によって、放電制御ＦＥＴ４のボディダイオード及び充電制御ＦＥＴ３を経由して二次電池ＳＣに充電電流を流すことができる。

一方、電圧検出回路２１が二次電池ＳＣの電圧が過放電検出電圧以下である旨を判定しており、かつ充電器が外部正極端子ＥＢ＋及び外部負極端子ＥＢ－に接続されている場合、制御回路４３から供給される制御信号はＨレベルであり、充電器検出信号はＨレベルである。この場合、モニタ回路４０はアクティブ状態に遷移して監視動作を実行する。ＬＳ４６を介した監視結果信号は、モニタ回路４０の監視結果に応じて、その信号レベルはＬレベル又はＨレベルになる。

したがって、監視結果信号の信号レベルがＬレベルの場合、スイッチ３２，３３への干渉はしない。すなわち、過放電状態であれば、スイッチ３２及びスイッチ３４は閉じ、スイッチ３１及びスイッチ３３は開く。一方、監視結果信号の信号レベルがＨレベルの場合、スイッチ３３及びスイッチ３４は閉じ、スイッチ３１及びスイッチ３２は開く。制御信号及び監視結果信号が共にＨレベルの場合、ＣＯ端子１３とＶＭ端子１５の電圧が等しくなる。すなわち電圧ＣＯ＝電圧ＶＭとなる。

スイッチ３３がオンして短絡（導通状態に遷移）するので、充電制御ＦＥＴ３が放電制御ＦＥＴ４をはさんでダイオード接続されるため、充電制御ＦＥＴ３はオン状態になる。オフ状態の放電制御ＦＥＴ４とオン状態の充電制御ＦＥＴ３によって、放電制御ＦＥＴ４のボディダイオード及び充電制御ＦＥＴ３を経由して二次電池ＳＣに充電電流を流すことができる。

この場合、電圧ＣＯ（＝電圧ＶＭ）は、
（１）「電圧ＶＤＤと充電制御ＦＥＴ３の閾値電圧の和」及び
（２）「電圧ＶＤＤと放電制御ＦＥＴ４のボディダイオードの順方向電圧と充電制御ＦＥＴ３のドレイン・ソース間電圧の和」
のうち、何れか大きい一方と等しい電圧となる。

本実施形態に係る充放電制御回路等では、過放電状態かつ外部正極端子ＥＢ＋及び外部負極端子ＥＢ－に充電器が接続されている場合、モニタ回路４０が監視する経路ＰＴ１の所定箇所の電圧の高低に応じて、スイッチ３２及びスイッチ３３を開閉可能に構成されている。

本実施形態に係る充放電制御回路等は当該構成を備えることによって、二次電池ＳＣの電圧が低い過放電検出状態であって、ＣＰ２５の最低動作電圧よりも低い場合には、スイッチ３２を開き、スイッチ３３を閉じることができる。スイッチ３２が開いてスイッチ３３が閉じることによって、充電制御ＦＥＴ３のオン状態を維持可能な電圧、すなわち電圧ＶＭが充電制御ＦＥＴ３のゲートに供給される。したがって、二次電池ＳＣの電圧がＣＰ２５の最低動作電圧よりも低い場合においても、充電制御ＦＥＴ３のオン状態が維持されるので、ＣＰ２５の起動と停止との繰り返し動作を防止でき、充電効率の低下を防止することができる。

また、本実施形態に係る充放電制御回路等では、電圧ＣＯを監視したり、後述するようにＣＰ２５の出力電圧を監視したりする。したがって、本実施形態によれば、ゲートリーク等でＣＰ２５の出力電圧が想定以上に低下していた場合であっても、ＣＯ端子１３の接続先をＣＰ２５からＶＭ端子１５に切り替えることができる。

ＣＯ端子１３の接続先をＣＰ２５からＶＭ端子１５に切り替えることによって、ＣＰ２５の出力電圧が想定以上に低下していた場合であっても、充電制御ＦＥＴ３のオン抵抗の増大を防止することができる。ひいては充電時の充電制御ＦＥＴ３における発熱量を低減することができる。

ここで、本実施形態に係る充放電制御回路等とＶＤＤ端子１１とＶＳＳ端子１２との電圧である電源電圧をモニタする充放電制御回路等（以下、「比較例の充放電制御回路等」とする）とを比べる。比較例の充放電制御回路等では、ＣＰ２５の出力電圧の低下を検出できないので、本実施形態に係る充放電制御回路等のように、充電制御ＦＥＴ３のオン抵抗の増大を防止することはできず、ひいては充電時の充電制御ＦＥＴ３における発熱量を低減することもできない。故に、本実施形態に係る充放電制御回路等は、比較例の充放電制御回路等では生じ得ない充電制御ＦＥＴ３のオン抵抗の増大を防止する等の有利な効果を生じる点でより有益である。

本実施形態によれば、モニタ回路４０が動作するのが、二次電池ＳＣの電圧が過放電電圧以下の場合に限定されるので、過放電状態及びパワーダウン状態を除く各状態における消費電流を低減することができる。

なお、本発明は、上述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階では、上述した例以外にも様々な形態で実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更をすることができる。例えば、上述した充放電制御回路１Ａの構成を、後述するように、充放電制御回路１Ｂ（後述する図４参照）又は充放電制御回路１Ｃ（後述する図５参照）等に変形してもよい。

図４，５は、実施形態に係る充放電制御回路の第１，２変形例である充放電制御回路１Ｂ，１Ｃを概略的に示した回路図である。

例えば、充放電制御回路１Ａ、充放電制御装置１０Ａ及びバッテリ装置１００Ａにおいて、充放電制御回路１Ａの代わりに、充放電制御回路１Ｂ又は充放電制御回路１Ｃを備えてもよい。

充放電制御回路１Ｂは、充放電制御回路１ＡからＣＰ２５ｂを省略し、ＣＰ２５ｂの出力端と接続されていたスイッチ３２を、ＣＰ２５ａの出力端と接続して構成されている。充放電制御回路１Ｃは、充放電制御回路１ＡからＣＰ２５ｂを省略し、ＣＰ２５ｂの出力端と接続されていたスイッチ３２を、ＣＰ２５ａの出力端と接続して構成されている。

充放電制御回路１Ｃは、例えば、充放電制御回路１Ｂにおけるモニタ回路４０の電圧のモニタ先を電圧ＣＯからＣＰ２５からの出力電圧に変更されている。すなわち、充放電制御回路１Ｃにおけるモニタ回路４０は、ノードＮ５１の電圧を監視するように構成されていてもよい。

なお、上述した電圧検出回路２１は電圧ＶＤＤに基づいて二次電池ＳＣの電圧が過放電検出電圧以下か否かを検出する回路であるが、ＶＤＤ端子１１以外の端子の電圧も検出可能な検出回路でもよい。すなわち、電圧検出回路２１は少なくとも電圧ＶＤＤに基づいて二次電池ＳＣの電圧が比較基準電圧に対して対比可能な機能を有していれば他の機能を有していてもよい。

なお、上述の充放電制御回路１Ｃは、充放電制御回路１Ｂにおけるモニタ回路４０の電圧のモニタ先を電圧ＣＯからＣＰ２５の出力電圧に変更した一例であるが、充放電制御回路１Ａ等の充放電制御回路１Ｂ以外の充放電制御回路に適用してもよい。

実施形態に係る充放電制御回路において、制御回路４３と開閉制御回路２６は、それぞれ、昇圧回路２５を制御する機能を有する回路と開閉制御回路２６を制御する機能を有する回路という２個の独立した回路として形成されているが、制御回路４３又は開閉制御回路２６は両方の機能を統合した一つの制御回路として形成されていてもよい。また、上述の開閉制御回路２６及びＮＡＮＤ回路２３は、制御回路４３から出力される制御信号を受けているが、電圧検出回路２１からの判定信号を直接受ける構成としてもよい。

上述した充放電制御回路は、ＮＡＮＤ回路２３を備える一例であるが、この例に限定されない。イネーブル信号によるアクティブ状態とスリープ状態との切替機能を省略したモニタ回路４０を許容できるのであれば、ＮＡＮＤ回路２３を備えていない充放電制御回路を適用してもよい。

また、本実施形態のイネーブル信号供給回路は、必ずしもＮＡＮＤ回路に限定されない。外部正極端子ＥＢ＋及び外部負極端子ＥＢ－に充電器が接続されている状態かつ過放電状態を判定可能な論理回路であれば、本実施形態のイネーブル信号供給回路の回路構成は不問である。

本実施形態において、モニタ回路４０において設定される電圧は、ＣＰ２５ａ，２５ｂの最低動作電圧時の出力電圧よりも高い電圧に設定することが好適である。ＣＰ２５ａ，２５ｂの最低動作電圧時の出力電圧よりも高い電圧が、閾値電圧として設定されることで、充電制御ＦＥＴ３のオン抵抗の増加を防止することができる。

これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１００Ａ バッテリ装置
１０Ａ 充放電制御装置
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 充放電制御回路
３ 充電制御ＦＥＴ
４ 放電制御ＦＥＴ
１１ ＶＤＤ端子（正電源端子）
１２ ＶＳＳ端子（負電源端子）
１３ ＣＯ端子（充電制御端子）
１４ ＤＯ端子（放電制御端子）
１５ ＶＭ端子（外部端子電圧入力端子）
２１ 電圧検出回路
２２ 充電器検出回路
２３ ＮＡＮＤ回路（イネーブル信号供給回路）
２５ 昇圧回路
２６ 開閉制御回路
３０ 切替回路
３１ スイッチ（第１スイッチ）
３４ スイッチ（第２スイッチ）
３５ スイッチ（第３スイッチ）
４０ モニタ回路
４３ 制御回路
ＥＢ＋ 外部正極端子
ＥＢ－ 外部負極端子
ＳＣ 二次電池

Claims (5)

1. 二次電池の充放電を制御する充放電制御回路であって、
   前記二次電池の電圧を監視するための正電源端子及び負電源端子と、
   前記二次電池の充電を制御する充電制御ＦＥＴのゲートに接続される充電制御端子と、
   前記二次電池の放電を制御する放電制御ＦＥＴのゲートに接続される放電制御端子と、
   前記二次電池を充電する充電器及び前記二次電池を放電させる負荷の何れか一方が接続される外部正極端子及び外部負極端子の何れか一方の端子の電圧が入力される外部端子電圧入力端子と、
   前記正電源端子の電圧に基づいて前記二次電池の過放電状態を検出し、検出結果に応じた信号レベルを含む第１信号を出力する電圧検出回路と、
   前記外部端子電圧入力端子の電圧に基づいて前記外部正極端子及び前記外部負極端子に充電器が接続されている状態であるか否かを検出し、検出結果に応じた信号を出力する充電器検出回路と、
   前記正電源端子の電圧から所定電圧昇圧した電圧を出力する出力端を有する昇圧回路と、
   前記昇圧回路の出力端と前記充電制御端子とを接続する第１経路の所定箇所の電圧を監視し、監視場所の電圧が設定される電圧よりも低いか否かの監視結果に応じた信号レベルを含む第２信号を出力するモニタ回路と、
   前記第１経路を開閉可能な第１スイッチと、前記外部端子電圧入力端子と前記充電制御端子とを接続する第２経路を開閉可能な第２スイッチとを含む複数のスイッチを有する切替回路と、
   前記第１信号と前記第２信号とに基づいて、複数の前記スイッチの各々の開閉を切替制御する制御信号を生成し、複数の前記スイッチの各々へ供給する開閉制御回路と、
   前記昇圧回路を制御する制御回路と、を備え、
   前記開閉制御回路は、前記監視場所の電圧が設定される電圧よりも低い場合に、前記第１スイッチを開放させるとともに、前記第２スイッチを短絡させる一方、前記監視場所の電圧が設定される電圧以上の場合に、前記第１スイッチを短絡させるとともに、前記第２スイッチを開放させる前記制御信号を生成することを特徴とする充放電制御回路。
2. 前記監視場所の電圧が設定される電圧よりも低い場合かつ前記外部正極端子及び前記外部負極端子に充電器が接続されている場合に、前記モニタ回路の監視動作を休止するスリープ状態から前記モニタ回路の監視動作を実行するアクティブ状態へ遷移させるイネーブル信号を出力するイネーブル信号供給回路を備える請求項１に記載の充放電制御回路。
3. 複数の前記スイッチは、前記第２スイッチと開閉状態が排他的に制御される前記第１スイッチと並列に接続される第３スイッチをさらに含む請求項１に記載の充放電制御回路。
4. 前記外部正極端子と、
   前記外部負極端子と、
   前記外部正極端子と前記外部負極端子とを接続する経路内に接続される前記充電制御ＦＥＴ及び前記放電制御ＦＥＴと、
   請求項１から３の何れか一項に記載の充放電制御回路と、
   を備える充放電制御装置。
5. 前記二次電池と、
   請求項４に記載の充放電制御装置と、
   を備えるバッテリ装置。

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